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トポロジカル絶縁体表面状態の不純物に対する頑強性の研究

Research Project

Project/Area Number 15J06436
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

吉村 幸徳  広島大学, 先端物質科学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsトポロジカル物質 / トポロジカル絶縁体 / アンダーソン局在 / メゾスコピック
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は,トポロジカル物質の形状に由来する有限サイズ効果によって獲得されるトポロジカル特性について考察し,これらのトポロジカル特性によって保証される表面状態の非磁性不純物に対する頑強性を調べることを目的としている.研究を通して試料の形状を変えることによって生じる有限サイズ効果とトポロジカルな性質の変化との間にある関係を解析的に明らかにし,また,有限サイズ効果によって現れたトポロジカル特性に関して対応する表面状態が非磁性不純物に対して頑強であるかを数値シミュレーションによるコンダクタンスの計算により評価した.
本研究ではサイズの取り方の典型的な例としてトポロジカル物質の薄膜状の試料を考えた.このような系では膜の上面と下面に表面状態が現れる.それぞれの状態は膜の内部方向へ侵入長を持って存在しており,この侵入長に対して膜厚が薄い場合,上下の表面状態が混成することによってギャップが開いてしまう.三次元の薄膜の場合,三つある空間次元の内一つの次元をサイズの制御に使うが,このとき見られる有限サイズ効果によるギャップは残りの二次元系のバルクでのギャップを見ていることになる.すなわち,薄膜系では膜厚を変化させて有限サイズ効果によって生じるギャップを開閉させることにより薄膜の(二次元としての)トポロジカルな性質を制御することができるはずである.今回,表面状態のバルクへの浸み込みと有限サイズギャップの大きさの関係を示した先行研究の結果を基に,浸み込み量の減衰の仕方が振動的である場合に有限サイズギャップの正負が入れ替わる(=バンド反転が起きている)という考えを元に,薄膜の厚さ方向の一次元的な波動関数の振幅によってトポロジカル指数を得る方法を考案した.この方法と薄膜を擬二次元系とみなした時のトポロジカル指数の計算値が一致することを確認した.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Comparative study of Weyl semimetal and topological/Chern insulators: Thin-film point of view2016

    • Author(s)
      Y. Yoshimura, W. Onishi, K. Kobayashi, T. Ohtsuki, K.-I. Imura
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 94 Issue: 23 Pages: 235414-235414

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.235414

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Manipulating quantum channels in weak topological insulator nano-architectures2015

    • Author(s)
      A. Matsumoto, T. Arita, Y. Takane, Y. Yoshimura, and K.-I. Imura
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 92 Issue: 19 Pages: 195424-195424

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.195424

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dimensional crossover of transport characteristics in topological insulator nanofilms2015

    • Author(s)
      K. Kobayashi, K.-I. Imura, Y. Yoshimura and T. Ohtsuki
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 92 Issue: 23 Pages: 235407-235407

    • DOI

      10.1103/physrevb.92.235407

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ワイル半金属薄膜のエッジ状態:時間発展による輸送特性の評価2017

    • Author(s)
      吉村幸徳
    • Organizer
      トポロジカル相におけるバルク・エッジ対応の物理とその普遍性: 固体物理から冷却原子まで 第6回研究会
    • Place of Presentation
      つくば市
    • Year and Date
      2017-03-22
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル量子ポンプにおけるバルクエッジ対応2017

    • Author(s)
      吉村幸徳, 井村健一郎,初貝安弘,福井隆裕
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪市
    • Year and Date
      2017-03-20
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Topological and transport properties in topological insulator and Weyl semimetal: thin-film point of view2017

    • Author(s)
      Y. Yoshimura
    • Organizer
      International School on Topological Science and Topological Matters (ISTSTM)
    • Place of Presentation
      Kyoto
    • Year and Date
      2017-02-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dimensional crossover of topological and transport properties in topological insulator and Weyl semimetal: highlights on the role of bulk-edge correspondence2016

    • Author(s)
      Y. Yoshimura
    • Organizer
      Yukawa Institute for Theoretical Physics (YITP) international workshop Physics of bulk-edge correspondence & its universality: From solid state physics to cold atoms (BEC2016)
    • Place of Presentation
      Kyoto
    • Year and Date
      2016-09-27
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ワイル半金属とトポロジカル絶縁体の比較研究:薄膜・次元間クロスオーバーとバルクエッジ対応の観点から2016

    • Author(s)
      吉村幸徳, 小林浩二,大槻東巳,井村健一郎
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢市
    • Year and Date
      2016-09-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Intrinsic Aharonov-Bohm effect in topological insulator nanowire2016

    • Author(s)
      Y. Yoshimura
    • Organizer
      The 22nd International Conference on High Magnetic Fields in Semiconductor Physics (HMF22)
    • Place of Presentation
      Sapporo
    • Year and Date
      2016-07-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体ナノワイヤー表面状態の頑強性:不純物存在下における局在/非局在の問題2016

    • Author(s)
      吉村幸徳,小林浩二,大槻東巳,井村健一郎
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2016-03-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Dimensional crossover of topological properties: case of topological superlattice insulator thin films”, poster2015

    • Author(s)
      Y. Yoshimura
    • Organizer
      Physics of bulk-edge correspondence & its universality: From solid state physics to cold atoms International workshop 2015
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      2015-09-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体超格子系におけるトポロジカルな性質の次元間クロスオーバー2015

    • Author(s)
      吉村幸徳,井村健一郎
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-09-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Emergent conductive edge and surface states in topological insulator thin films2015

    • Author(s)
      Y. Yoshimura, K. Kobayashi, K.-I. Imura, T. Ohtsuki
    • Organizer
      Joint Conference: 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
    • Place of Presentation
      Sendai
    • Year and Date
      2015-07-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Emergent quantum spin Hall system in topological insulator nanofilms2015

    • Author(s)
      Y. Yoshimura, K. Kobayashi, K.-I. Imura, T. Ohtsuki
    • Organizer
      New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics (NPSMP2015)
    • Place of Presentation
      Kashiwa
    • Year and Date
      2015-06-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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